細(xì)胞中的溶酶體（lysosome）被稱為細(xì)胞的“垃圾處理廠“，它通過消化細(xì)胞中錯誤折疊的蛋白、“廢舊”的細(xì)胞器，產(chǎn)生氨基酸，為細(xì)胞合成新的蛋白質(zhì)提供原料。溶酶體介導(dǎo)的蛋白降解也是細(xì)胞消滅病毒的有力工具之一。然而，日前美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，包括新冠病毒在內(nèi)的β-冠狀病毒，能夠“劫持”溶酶體作為自身傳播的工具，同時導(dǎo)致溶酶體中降解酶的失活，并且擾亂抗體呈現(xiàn)通路。研究人員表示，這一研究結(jié)果有助于解釋COVID-19患者中出現(xiàn)的細(xì)胞和免疫異常，并且可能提供開發(fā)治療手段的全新思路。這項研究發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上。

令人驚訝的發(fā)現(xiàn)

科學(xué)家們已經(jīng)知道，病毒感染細(xì)胞之后，會利用細(xì)胞生產(chǎn)蛋白的機制，合成自身復(fù)制所需的蛋白，在細(xì)胞內(nèi)增殖，最后脫離細(xì)胞去感染其它的細(xì)胞。然而，對病毒如何脫離細(xì)胞的了解仍然很有限。傳統(tǒng)的理解是，復(fù)制生成的病毒顆粒會從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)移到高爾基體，然后被高爾基體分泌的屬于生物合成分泌通路（biosynthetic secretary pathway）的囊泡攜帶到細(xì)胞膜表面，與細(xì)胞膜融合之后脫離細(xì)胞。諸如丙肝病毒、登革熱病毒和西尼羅河病毒（West Nile Virus）等包膜RNA病毒均采用這種方式脫離細(xì)胞，科學(xué)家們以為冠狀病毒也采用同樣的方式脫離細(xì)胞。

在這項研究中，NIH的科學(xué)家對小鼠肝炎病毒（mouse hepatitis virus, MHV）的脫離方式進(jìn)行了研究。這是一種β-冠狀病毒。他們首先用抑制生物合成通路的抑制劑處理受到病毒感染的細(xì)胞，如果MHV病毒利用生物合成分泌通路脫離細(xì)胞的話，抑制這一通路理論上可以抑制病毒的釋放。

“令我們驚訝的是，這些冠狀病毒仍然能夠正常脫離細(xì)胞。”這一研究的負(fù)責(zé)人，NIH國立心肺血液研究所（NHLBI）的Nihal Altan-Bonnet博士說，“這是我們獲得的第一個線索，冠狀病毒可能在使用另外的通路。”

▲這篇科學(xué)論文的資深作者Nihal Altan-Bonnet博士（圖片來源：NIH官網(wǎng)）

進(jìn)一步的顯微鏡成像研究顯示，冠狀病毒會被運送到溶酶體中，并且在那里聚集?？墒侨苊阁w里的環(huán)境通常是強酸性，那里有很多消化蛋白的酶。冠狀病毒如果通過溶酶體脫離細(xì)胞，為什么不會被溶酶體消化掉？

病毒“劫持”溶酶體的“狡猾手段”

研究人員用能夠顯示pH值的染料對被MHV感染的細(xì)胞進(jìn)行了染色，他們發(fā)現(xiàn)，被MHV感染的細(xì)胞中，溶酶體的pH值顯著升高，未感染的細(xì)胞中溶酶體的平均pH值為4.7，而被MHV感染的細(xì)胞中溶酶體的pH值則提高到5.7。以往的研究顯示，溶媒體中的酶的活性與pH值有很大關(guān)聯(lián)，pH值的微小上升就可以導(dǎo)致蛋白酶活性的顯著下降。對蛋白酶活性的檢測表明，被MHV感染的細(xì)胞中，溶酶體內(nèi)的蛋白酶活性降低了40%。

所以，MHV病毒感染可以通過提高溶酶體的pH值，降低其中蛋白酶的活性，讓溶酶體可以被病毒用于脫離細(xì)胞。研究人員還發(fā)現(xiàn)新冠病毒的ORF3a蛋白也會靶向溶酶體并且可能導(dǎo)致溶酶體酸性降低。

▲新生成的β-冠狀病毒可以利用溶酶體途徑脫離細(xì)胞（圖片來源：參考資料[2]）

抗病毒療法的新思路

既然冠狀病毒通過溶酶體通路脫離細(xì)胞，那么抑制溶酶體通路能不能減少病毒的釋放呢？研究人員使用一種名為CID1067700的抑制劑來抑制溶酶體的生成。他們發(fā)現(xiàn)，雖然這種抑制劑不會影響細(xì)胞的活力，或者病毒的感染和復(fù)制，但是它顯著降低了病毒的釋放。在4 µM時將病毒釋放降低了100倍，在40 µM時病毒釋放降低了1000倍！

“溶酶體通路提供了一種構(gòu)建靶向療法的全新思路。“Altan-Bonnet博士說。她的研究團(tuán)隊正在進(jìn)行進(jìn)一步研究，檢驗這類藥物干預(yù)能否有效降低冠狀病毒的傳播，以及是否有已經(jīng)獲批的藥物能夠阻斷這一通路。她同時表示，這一研究可能幫助防治未來由其它冠狀病毒引起的流行病。

參考資料：

[1] Scientists discover key pathway in lysosomes that coronaviruses use to exit cells. Retrieved November 1, 2020, from https://phys.org/news/2020-10-scientists-key-pathway-lysosomes-coronaviruses.html

[2] Gosh et al., (2020). β-Coronaviruses use lysosomes for egress instead of the biosynthetic secretory pathway. Cell, https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.10.039.